欧立生，马小芳

摘要：直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点。结合直流无刷电动机在纺织机械中的广泛应用，说明了直流无刷电动机在纺织机械设备的应用前景非常广阔。

    关键词：直流无刷电动机；无刷电机驱动器；梳棉机；络筒机

0  引言

直流无刷电动机是一种机械与电子相结合的一体化产品，它利用先进的电子换相取代了传统直流电动机的机械换相，从而从根本上解决了直流电动机的因为电刷的存在而带来的噪声、火花、无线电干扰、寿命短及需经常维护等致命弱点。直流无刷电动机仍保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可靠、易于控制。其应用已从最初的军事工业，迅速向航空航天、医疗、纺织机械、信息、家电以及工业自动化等领域发展。

    随着纺织机械技术的发展和需要，现在的纺织机械上如络筒机、梳棉机及无纺布等需要大量的调速及控制电机作为原动力。目前纺织机械上需要调速的场合，多采用直流电动机或者异步电动机加变频器来实现，在精度要求较高的场合，多采用伺服电机进行控制。众所周知，传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了火花、寿命短以及需经常维护等致命弱点，从而大大地限制了它的应用范围。由于异步电动机的结构简单、价格低廉，目前在工业中大多数都采用异步电动机作为原动力。但为了对其速度进行控制，必须配以合适的变频器，从而大大提高了整个调速系统的成本，而且异步电动机本身的特点决定了其控制精度不高，更值得一提的是异步电动机在较低频(小于5 Hz)运行时，异步电动机多抖动的厉害，以致无法使用。

    由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点，而且转子采用永磁结构，没有励磁损耗，提高了电动机的效率。因此该类电动机在纺织机械设备的应用前景非常广阔。

    1直流无刷电机的系统组成和显著特点

直流无刷电动机是一种典型的机电一体化产品，它是由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成的自同步电动机系统或自控式变频同步电动机，如图1所示。位置检测器检测转子磁极的位置信号，控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号，开关信号以一定的顺序触发逆变器巾的功率开关器件，将电源功率以一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组，使电动机产生持续不断的转矩。  

 直流无刷电动机的特点：

    与感应电动机相比，直流无刷电动机具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能，主要表现在以下几个方面：

    (1)由于采用高性能永磁材料，直流无刷电动机转子体积得以减小，丌J以具有较低的惯性、更快的响应速度、更高的转矩／惯量比。

    (2)由于没有转子损耗，电无需定子励磁电流分量，所以直流无刷电动机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量输出，感应电动机需要更大功率的整流器和逆变器(3)南于没有转子发热，直流无刷电动机也无需考虑转子冷却问题。

    (4)尽管感应电动机系统应用较为普遍和成熟，但由丁其非线性本质，控制系统极为复杂永磁同步电动机把交流电动机复杂的磁场定向控制转化为转子位置定向控制，而直流无刷电动机则进一步将其简化为离散六状态的转子位置控制，也无需坐标变换。与永磁同步电动机相比，直流无刷电动机也具有明显的优势：

    (1)直流无刷电动机采用方波电流供电，可以提供更高的转矩／体积比，相同条件下输出转矩大15％。

    (2)在电动机中产生梯形波的磁场分布和梯形波的感应电动势要比产生正弦波的磁场分布和正弦变化的电动势简单，因此直流无刷电动机结构简单、制造成本低。

    (3)对于永磁同步电动机，由于定子电流是转子位置的正弦函数，系统需要高分辨率的位置传感器，构造复杂，价格昂贵．

    (4)产生方波电压和电流的变频器比产生正弦波电压和电流的变频器简单，控制也简单得多，因此直流无刷电动机控制简单、控制器成本较低。

    2直流无刷电机在纺织机械中的应用

    随着微电子技术和电力电子器件等技术的发展，纺织机械设备的传动结构变得越来越简单，原先整体式的机械传动由现在的分部电气驱动代替，其精度、稳定性和自动化程度有了极大的提高。拿纺织机械的自动络筒机来说吧，宏大公刊生产的Es—PRON-M型络筒机的单锭部分只有一台200瓦的变频电动机作为单锭驱动，而意大利sAVIO公司已投放市场的0R10N络筒机单锭由一个无刷直流电动机和五个步进电动机来驱动。通过这样的改进使得所需加工的机械部件数量减少，设备维护简单，设备运行的稳定性提高。同样梳棉机也朝着这个趋势发展，如：意大利马佐里公司生产的c50l梳棉机单元组已发展到11个电动机驱动，其中变频电动机4个，直流无刷电动机3个，三相异步电动机4个。

    另外新型无纺布没备每台需交流伺服电动机就有8台之多。其它如包装机械、造纸机械、印染机械、针织机械等机械行业也多是如此。

    就纺织机械用控制电动机的性价比而言，直流无刷电动机一般较交流伺服电动机、变频电动机、步进电动机等特殊电动机高，目前优良的直流无刷电动机的调速范同可达I：300，其速度跟踪响应精度在毫秒级左右。就纺织机械没备而言，直流无刷电动机的优异性能完全可以取代变频电动机，在价格基本相当的基础上，能显著提高其设备的工作性能；也呵以取代很大一部分交流伺服电动机，有很多设备用直流见刷电动机便能满足要求，而且价格会降低很多，如新型无纺布设备每台所需交流伺服电动机8台，从同外进口需花费近50万元，而采用直流尤刷电动机，完全满足要求，化费至少可降低一半。

    直流无刷电动机具有控制性能好、结构简单、效率高、调速范围大、易维护寿命长、无线电干扰小等优点，在大多数场合上应用较之三相异步电动机和直流电动机要好的多。****梳棉机的自调匀整部分、压辊部分、原用交流伺服电动机的罔条器部分止在准备选用直流无刷电动机，另外加之梳棉机c501的三种直流无刷电动机、意大利马佐里公司牛产的络筒机二种、ORION络筒机的一种、清梳联设备上至少可选用两种等等，单就纺织机械上使用的直流无刷电动机不下十种。络简机直流无刷电动机额定功率约为200w，调速范围1300 r／min～700Or／m，已经在21c，oRION，PoLAR等机型广泛应用。梳棉机自调匀整用直流无刷电动机额定功率370w，凋速范围200r／min～2400r／min，正反转控制。

    随着电机材料、制造工艺的提高和电力电子器件的发展，直流无刷电机和控制器成本的逐步降低，直流无刷电机将在越来越多的纺织机械广泛应用。

3结语